On the manufacturability of a hybrid cast and wire and arc additive manufactured aluminium component for the automotive industry

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Ziel dieser Masterarbeit war es, Möglichkeiten und Grenzen für hybride Guss- und Wire and Arc additiv gefertigte Anwendungen am Beispiel eines Getriebegehäuses zu dokumentieren. Eine umfangreiche Literaturrecherche wurde durchgeführt, welche die Hauptthemen Aluminiumlegierungen in der additiven Fertigung, Wire and Arc additive Fertigung, Prozessparameter, Modifikation und Defekte sowie hybride Fertigungsverfahren umfasst. Für den praktischen Teil dieser Arbeit wurde die Machbarkeit von hinzugefügten WAAM Strukturen auf einem Aluminium Gussbauteil aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht untersucht. Dazu wurde eine Parameterrecherche und ein Vergleich von zwei verschiedenen Parametersätzen durchgeführt, mit dem Ziel den geeigneteren zu finden. Mit diesem Wissen wurde das hybrid gefertigte Material hergestellt und auf seine mechanischen Eigenschaften getestet. Im Rahmen der Literaturrecherche zu Aluminiumlegierungen in der additiven Fertigung wurden die wichtigsten additiven Verfahren, die für Aluminium verwendet werden, sowie deren bekannte Vor- und Nachteile vorgestellt. Das WAAM-Verfahren und seine verschiedenen Verarbeitungsmethoden werden dargestellt und mit ähnlichen, auf Schweißtechnik basierenden, additiven Verfahren verglichen. Mögliche Gefügemodifikationen, typische Werkstoffeigenschaften und verwendete Wärmebehandlungen werden präsentiert. Bereits existierende Hybridverfahren und ein direkter Vergleich der additiven mechanischen Eigenschaften mit jenen der Gusslegierungen werden diskutiert. Im experimentellen Teil konnten grundlegende Tendenzen zur Gefügegröße, zum maximalen Porendurchmesser und zur Wandstärke gefunden werden. Darauf aufbauend wurden zwei additive Parametersätze hinsichtlich ihrer Gefügeeigenschaften und der erreichten mechanischer Eigenschaften getestet. Eine vorteilhafte Strategie für die Herstellung additiven Materials konnte ermittelt werden und wurde für die Herstellung des Hybridmaterials genutzt. Es wurde ein Hybridwerkstoff mit einem AlSi7Mg-Draht auf einem Substrat mit der gleichen chemischen Zusammensetzung hergestellt und getestet. Die Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen weist keine Bindungsfehler oder mangelnde Verschmelzung auf, aber es konnten zahlreiche angesammelte Poren an der Verbindung zwischen Guss und additiven Material festgestellt werden. Die Wärmeeinflusszone im Gussstück erwies sich als der schwächste Teil der hybriden Proben mit einem deutlichen Abfall der Zug- und Ermüdungsfestigkeit. Die Schäden in der Wärmeeinflusszone und die Ansammlungen kritischer Poren werden als größte Hürden erachtet. Die Gesamtporosität und die nicht quantifizierte Verformung wurden dagegen als weniger geringere Problematik bewertet. Eine kommerzielle Nutzung wird zum jetzigen Zeitpunkt nicht für möglich gehalten, doch könnte eine Verwendung im Entwicklungsprozess von Bauteilen bereits Vorteile bringen. Weitere Forschung wird dringend empfohlen.

Details

Titel in ÜbersetzungÜber die Herstellbarkeit eines hybriden Guss und Wire and Arc additiv gefertigten Aluminium Bauteils für die Automobilindustrie
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung8 Apr. 2022
StatusVeröffentlicht - 2022